Kuri PLC moduļi piemēroti plaši izmantotiem servosistēmu modeļiem?

PLC moduļu funkciju izpratne servovadības sistēmās

PLC moduļu loma vispārējā sistēmas funkcionalitātē

PLC moduļi veido servo vadības sistēmu kodolu, būtiski pārvēršot kodu par faktiskiem kustībām ražotnes grīdā. Šie moduļi uztver signālus no dažādiem sensoriem, tostarp enkoderiem un visur uzstādītajiem galapoga slēdžiem, un gandrīz tūlīt nosūta instrukcijas servo piedziņām. Kustības vadības daļa nodrošina vairāku asu gludu saskaņotu darbu, savukārt analogā I/O daļa nodarbojas ar tādu lietu uzraudzību kā pielietotais spēks un komponentu kustības ātrums. Viss notiek tik ātri, ka mašīnas var precīzi novietot detaļas ar maksimāli 0,01 milimetru toleranci abos virzienos. Šāda precizitāte ir ļoti svarīga CNC mašīnu ekspluatācijā, kur pat nelielas kļūdas var sabojāt veselus produktu ražojumus.

Galvenās aparatūras funkcijas, kas raksturo mūsdienu PLC moduļus

Mūsdienu PLC moduļus raksturo trīs būtiskas aparatūras attīstības jomas:

• Apstrādes ātrums : 32 bitu procesori, kas izpilda instrukcijas 10 ns ciklos
• I/O blīvums : Kompakti dizaini, kas atbalsta vairāk nekā 32 digitālos kanālus vai 16 analoģiskos ieejas signālus
• Komunikācijas saskarnes : Integriēti porti EtherCAT, PROFINET vai Ethernet/IP

Šīs iespējas ļauj apstrādāt sarežģītus interpolētus kustības profilus, vienlaikus saglabājot deterministisko veiktspēju. Augsts frekvences skaitītāju moduļi, kas ir būtiski servo pielietojumos, spēj apstrādāt enkodera impulsus ar ātrumu, kas pārsniedz 1 MHz.

Kommunikācijas un I/O moduļu integrācija tajā pašā korpusā

Modulārie PLC integrē komunikācijas un I/O funkcijas, izmantojot vienotu aizmugurējo plati, kas nodrošina deterministisku datu pārraidi. Vienā korpusā var atrasties:

Šis konsolidējums samazina vadiem nepieciešamo sarežģītību par 40% salīdzinājumā ar izkliedētām arhitektūrām un atbalsta cikla laiku zem 2 ms, ļaujot sasniegt augstu precizitāti servouzgriezumu koordinācijā.

PLC moduļu un servo ekosistēmu savietojamības novērtēšana

Apkārtējās iekārtas saderība: saskaņojot spriegumu, strāvas un moduļu specifikācijas

Visu savienošana darbā sākas ar elektrisko savienojumu un fiziskās konfigurācijas pārbaudi starp PLC moduļiem un servodzinējiem. Vairums rūpniecisko PLC sistēmu darbojas ar 24 voltiem pastāvīgā strāvas barošanu, kaut arī tās var izturēt strāvas no 2 ampēriem līdz pat 20 ampēriem atkarībā no apstrādājamā slodzes veida. Saskaņā ar PR Newswire datiem pagājušajam gadam aptuveni viena no katrām četrām kustības vadības problēmām saistīta ar nepareiziem sprieguma iestatījumiem vai nepietiekamu strāvas jaudu. Uzstādot sistēmu, inženieriem ir ļoti svarīgi divreiz pārbaudīt aizmugurējās plāksnes strāvas robežas, pārliecināties, ka moduļi pareizi iekļaujas paredzētajos slotā, un pārbaudīt, vai viss pareizi piestiprināsies DIN profila skavās. Pretējā gadījumā var rasties nopietnas problēmas, piemēram, komponentu pārkaršana vai savienojuma zudums darbības laikā. Piemēram, augstas blīvuma analogie ieejas/izejas moduļi kabineta iekšpusē prasa aptuveni 10 līdz 15 procentus papildu vietas salīdzinājumā ar parastajiem digitālajiem moduļiem vienkārši tāpēc, ka tie rada vairāk siltuma un nepieciešams labāks gaisa cirkulācija.

Atbilstošie komunikācijas protokoli: EtherNet/IP, Modbus TCP un PROFINET

Pareiza protokolu saskaņošana ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu gludu datu apmaiņu starp PLC un servouzsgrosējiem. Mūsdienās aptuveni trīs ceturtdaļas rūpnieciskajiem tīkliem balstās uz EtherNet/IP vai PROFINET, kas parasti nodrošina reakcijas laiku zem 1 milisekundes. Tas ir diezgan ātri. Savukārt Modbus TCP joprojām tiek izmantots vecākos sistēmu, taču bieži atpaliek, ar sinhronizācijas kavēšanos, kas pārsniedz plus mīnus 5 milisekundes. Tas nav piemērots, ja nepieciešama precīza kustības kontrole. Strādājot ar vairākiem savstarpēji saistītiem asīm, lielākā daļa cilvēku dod priekšroku protokoliem, kas atbalsta CIP Motion vai PROFIdrive specifikācijas, jo tie uztur šos asis sinhronizācijā visā platībā ar precizitāti līdz daļām no milisekundes.

Proprietārā pret atvērtās arhitektūras PLC-servos integrāciju

Proprietārie sistēmas, piemēram, CC-Link IE, parasti darbojas labāk, jo to ražotāji var tās precīzi pielāgot savai iekārtai. Tomēr atvērtie standarti, piemēram, OPC UA un MQTT, ražotājiem sniedz daudz lielāku brīvību, strādājot ar dažādām platformām. Pēdējie nozares ziņojumi liecina, ka aptuveni divas trešdaļas automatizācijas speciālistu izvēlas modulāras PLC konfigurācijas, kas darbojas ar abu tipu arhitektūrām. Šī kombinācija faktiski veicina hibrīdo komunikācijas moduļu stabili augšanu — aptuveni 14 procentus gadā. Patiesais šeit ir tas, ka vecās servotīkla sistēmas pakāpeniski var modernizēt līdz mūsdienu IIoT infrastruktūrai, neiznīcinot visu un neuzsākot viss no jauna.

I/O un komunikācijas interfeisu izmēru noteikšana servo pielietojumiem

Pareizi noteikt I/O un komunikācijas interfeisu izmērus, lai nodrošinātu uzticamu mijiedarbību starp PLC moduļiem un servo sistēmām, balansējot nekavējošos prasījumus ar nākotnes skalējamību.

Digitālo, analogo un speciālo I/O prasību novērtēšana automatizācijas uzdevumiem

Servopielietojumiem nepieciešama rūpīga I/O klasifikācija:

• Digitālā I/O apstrādā diskrētas signālus, piemēram, galvenekavu un releju statusus.
• Analogā I/O pārvalda nepārtrauktus datu straumes, tostarp momenta atgriezenisko saiti un temperatūru, precīziem uzdevumiem ieteikta ≥12 bitu izšķirtspēja.
• Specializētie moduļi , piemēram, augstsvaruma skaitītāji kodētāja ieejām vai PWM izejas soleniekājiem, risina specifiskas lietojumvajadzības. Saskaņā ar 2023. gada Automatizācijas pētījumu pētījumu, 27% integrācijas neveiksmes rodas no nesaderīgām I/O specifikācijām, kas uzsvērt plānošanas nozīmi.

I/O portu pielāgošana lauka ierīcēm: sensori, aktuatori un piedziņas

I/O spēju pareiza iestatīšana, savienojoties ar lauka ierīcēm, ir būtiska, lai izvairītos no palēninājumiem strauji attīstošās ražošanas vidēs. Piemēram, tipiskā iepakojuma līnijā fotoelektriskajiem sensoriem bieži vislabāk darbojas ar 24 V DC ieejām ar negatīvu signālu (sinking inputs), kamēr proporcionālie vārsti parasti prasa kaut ko līdzīgu 4 līdz 20 mA analogai izejai. Daudzi vadošie aprīkojuma ražotāji ir aptvēruši šo problēmu un sākuši ražot konfigurējamas I/O sviras, kas spēj apstrādāt vairākas dažādas signālu veidas. Šāda veida elastība samazina saderības problēmas starp moduļiem un ierīcēm, kas agrāk tik ļoti apgrūtināja uzstādīšanas komandas.

Nodrošinot mērogojamību un nākotnes paplašināšanas iespējas

Projektējot mērogojamību, lielākā daļa ekspertu ieteic veidot aptuveni 10 līdz 20 procentus lielāku ieejas/izejas jaudu, nekā pašlaik nepieciešams, saskaņā ar jaunākajiem 2024. gada automatizācijas standartiem. Modulārās PLC sistēmas ar paplašināmām aizmugurplātēm šeit īpaši izceļas, jo tās ļauj ražotājiem pakāpeniski modernizēt sistēmu posmu pa posmam. Vai vajag vairāk piedziņu savienojumu? Vienkārši ievietojiet papildu PROFINET karti, nevis pārveidojiet visu no jauna. Šī metode ir tik laba tāpēc, ka tā uztur sistēmas darbību pietiekami ātru reāllaika operācijām, saglabājot ārkārtīgi īsus ciklu laikus zem vienas milisekundes, pat tad, kad mainās un pieaug ražošanas prasības.

Reālās pasaules integrācija: saziņas veiktspēja PLC-servo tīklos

Reāllaika datu plūsmas sinhronizācija starp PLC un servo piedziņām

Attiecībā uz rūpniecisko automatizāciju ir ļoti svarīgi nodrošināt uzticamu datu pārsūtīšanu starp PLC moduļiem un servopiedziņām. Arī taktiskais signāls jāsaskaņo precīzi — pēc pagājušā gada Automatizācijas veiktspējas ziņojuma, sinhronizācijas kļūdām jāpaliek zem plus mīnus 50 mikrosekundēm visām sistēmām, kas darbojas ar augstu ātrumu. Mūsdienās cilvēki paļaujas uz moderniem komunikācijas protokoliem, piemēram, EtherNet/IP un PROFINET, lai komandas tiktu nosūtītas reāllaikā. Ko tas nozīmē praksē? Motori apstājas gandrīz tieši tur, kur tiem vajadzētu, parasti aptuveni desmitdaļu grāda attālumā no mērķa. Ņemsim, piemēram, metāla štancēšanas preses. Kad ražotāji savieno savus PLC tieši ar servotīkliem, nevis izmanto vecmodīgus impulssignālus, notiek kaut kas neticams. Rīku centrēšana ilgst četrreiz īsāk. Tas ir saprotams, ņemot vērā, cik kritiska kļūst laika iestatīšana pie šādām ražošanas ātrumām.

Gadījuma pētījums: PROFINET bāzētas PLC-servo koordinācijas ieviešana iepakojuma līnijā

Konfekšu iepakošanas rūpnīca Vidusrietumos veica nopietnas uzlabošanas savā kustības vadības sistēmā, nomainot veco CANopen tehnoloģiju pret PROFINET IRT. Ko tas nozīmēja praksē? Atbildes laiks strauji samazinājās no 8 milisekundēm līdz tikai 1,2 ms, vienlaikus uzturot precīzu sinhronizāciju starp visiem 12 dažādajiem asīm. Rezultāti runā paši par sevi — produktu aizkorķēšanās samazinājās gandrīz par divām trešdaļām (67%) un kopējais ražošanas ātrums pieauga par 25%. Diezgan iespaidīgi. Aiz kadriem PLC speciālais kustības vadības CPU apstrādāja ne mazāk kā 1200 ieejas/izejas punktus, izvietotus trīs atsevišķos servo skapjos. Šāda veida sniegums parāda, cik tālu ir nonākusi PLC moduļu tehnoloģija attiecībā uz tās spēju risināt sarežģītas uzdevumu šodien.

Snieguma standarti PLC moduļiem augstā ātruma servo vadībā

Labākie tirgū pieejamie PLC moduļi šodien spēj apstrādāt cikla laikus, kas ir mazāki par 2 milisekundēm, sistēmām ar līdz pat 32 asīm. Tie arī kontrolē džitru zem 5 mikrosekundēm, pat ārkārtas apturēšanas situācijā, saskaņā ar kustības vadības laboratorijas testiem 2023. gadā. Šīs uzlabotās sistēmas izmanto divu procesoru dizainu, kur viens nodarbojas ar visu sakaru, bet otrs pārvalda faktisko loģiku. Šāda atdalīšana ļauj servouzvarojumiem darboties ar 1 kilohercu biežumu, neietekmējot analogo ieeju lasījumus. To savienošana ar distributīviem I/O moduļiem arī palīdz uzturēt stabilu darbību. Attālumos līdz 100 metriem, izmantojot EtherCAT savienojumus, pakļu zudums paliek zem 0,01%. Šāda uzticamība padara šādas konfigurācijas efektīvas grūtās rūpnieciskās vides, kur pārtraukumi nav pieļaujami.

BUJ

Kāda loma PLC moduļiem ir servovadības sistēmās?

PLC moduļi ir būtiski, lai pārveidotu kodu par kustību un nodrošinātu precizitāti servo vadības sistēmās. Tie apstrādā sensoru signālus un nosūta instrukcijas servo piedziņām, uzturot gludu kustību vadību un uzraudzot parametrus, piemēram, griezes momentu un ātrumu.

Kāpēc protokolu saskaņošana ir svarīga PLC-servo sistēmās?

Protokolu saskaņošana, piemēram, EtherNet/IP vai PROFINET, nodrošina ātru un gludu datu apmaiņu starp PLC un servo pastiprinātājiem, kas ir būtiski precīzu kustību un sinhronizāciju uzturēšanai.

Kā PLC sistēmas var nodrošināt turpmāku mērogojamību?

Projektējot ar papildu ieejas/izejas jaudu un izmantojot modulārus risinājumus ar paplašināmām aizmugurējām plāksnēm, tiek nodrošināta turpmāka mērogojamība un vienkāršākas sistēmas modernizācijas.

Kāpēc kāds varētu izvēlēties atvērtas arhitektūras PLC integrāciju privātām sistēmām?

Atvērtas arhitektūras sistēmas piedāvā lielāku elastību dažādos platformās un aizvien biežāk tiek izvēlētas to spējas dēļ integrēties ar dažādām sistēmām, nepievienojot pilnīgas pārbūves.